钢结构门式钢架设计实例

门式钢架设计

一、设计资料

某厂房为单跨双坡门式刚架，跨度24m ，长度90m ，柱距67.5m ，檐高8m ，屋面坡度1/10。刚架为等截面的梁、柱，柱脚为刚接。屋面材料、墙面材料采用单层彩板。檩条和墙梁均采用冷弯薄壁卷边Z 型钢，间距为1.5m ，钢材采用Q235钢，焊条采用E43型。基本风压 20.55/O W KN m ，基本雪压 20.2/KN m ，地面粗糙度B 类。

二、结构平面柱网及支撑布置

该厂房长度90m ，跨度24m ，柱距67.5m ，共有1613榀刚架，由于纵向温度区段不大于300m 、横向温度区段不大于150m ，因此不用设置伸缩缝。

厂房长度>60m ，因此在厂房第一开间和中部设置屋盖横向水平支撑；并在屋盖相应部位设置檩条、斜拉条、拉条和撑杆，檩条间距为1.5m ；同时应该在与屋盖横向水平支撑相对应的柱间设置柱间支撑，由于柱高＞柱距，因此柱间支撑用分层布置，布置图详见施工图。

刚架平面布置见图

1，刚架形式及几何尺寸见图

2。

图1 刚架平面布置图

图2 刚架形式及几何尺寸

三、荷载的计算

（一）计算模型的选取

取一榀刚架进行分析，柱脚采用刚接，刚架梁和柱采用等截面设计。厂房檐高8m ；屋面坡度为1：10。

（二）荷载取值计算

长度

（m ） 柱距

（m ） 跨度

（m ） 檐高

（m ） 恒载

（kN/m2） 活载

（kN/m2） 基本风压

（kN/m2） 90 7.5 30 8 0.3 0.5 0.55

90

7.5

24

8

0.3

0.5

0.55

1．屋盖永久荷载标准值 屋面板

20.30/KN m

刚架斜梁自重（先估算自重）

20.15/KN m

合计

0.45 2/KN m

2．屋面可变荷载标准值

屋面活荷载：按不上人屋面考虑，取为0.50 2/KN m 。

雪荷载：0.22

/

KN m

取屋面活荷载与雪荷载中的较大值0.50 2

/

KN m，不考虑积灰荷载。

3．轻质墙面自重标准值0.25 2

/

KN m

4．风荷载标准值

按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102：2002附录A的规定计算。基本风压ω0=0.55 2

/

KN m，地面粗糙度类别为B类；风荷载高度变化系数按《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)的规定采用，当高度小于10m时，按10m高度处的数值采用，μz=1.0。风荷载体型系数μs：迎风面柱及屋面分别为＋0.25和－1.0，背风面柱及屋面分别为＋0.55和－0.65(CECS102：2002中间区)。

（三）各部分作用荷载：

（1）屋面荷载：

标准值：

1

0.456 2.71/

cos

KN M

θ

⨯⨯=

柱身恒载：0.256 1.5/

KN M

⨯=

（2）屋面活载

屋面雪荷载小于屋面活荷载，取活荷载

1

0.506 3.01/

cos

KN M

θ

⨯⨯=

（3）风荷载

01.0510 1.0k z s z s h m ωμμωμμ=≤ 以风左吹为例计算，风右吹同理计算：根据公式计算:

根据查表，取，根据门式刚架的设计规范，取下图：

（地面粗糙度B 类）

风载体形系数示意图

2122231.05 1.00.250.550.144/0.14460.86/1.05 1.0 1.00.550.5775/0.57756 3.47/1.05 1.00.550.550.3176/0.31766 1.91/kN m q kN m kN m q kN m kN m q kN m ωωω=⨯⨯⨯==⨯==-⨯⨯⨯=-=-⨯=-=-⨯⨯⨯=-=-⨯=-k k k 迎风面 侧面， 屋顶，背风面 侧面， 241.05 1.00.650.550.3754/0.37546 2.25/kN m q kN m ω=-⨯⨯⨯=-=-⨯=-k 屋顶，风荷载如下图：

（四）内力计算： （1）截面形式及尺寸初选

梁柱都采用焊接的H 型钢

68-⨯⨯⨯梁的截面高度h 一般取(1/301/45)L,故取梁截面高度为600mm ；暂取H600300，截面尺寸见图所示,柱的截面采用与梁相同

截面

截面名称

长度

()mm

面积

2

()

mm

x

I

64(10)mm ⨯x W 43(10)mm ⨯y I 64(10)mm ⨯y

W 43(10)mm ⨯x

i

mm y

i

mm

柱 60030068H ⨯⨯⨯ 7200 9472

520 173 36 24

234 61.6

梁

60030068H ⨯⨯⨯

10552 9472

520 173 36 24

234 61.6

8668

6

12

52

2.0610947210 1.9510,2.06105201010

1.0710x EA kn EI kn m

--=⨯⨯⨯=⨯=⨯⨯⨯⨯=⨯•

（2）截面内力

根据各个计算简图，用结构力学求解器计算，得结构在各种荷载作用下的内力图如下：

注：剪力图：“+”表示方向“→”；

轴力图：拉为正，压为负。

（ A ） 恒载作用(标准值)下，计算简图及内力值：

恒载作用下轴力图